Virtual Twins: met een kloon van je fabriek procesoptimalisaties simuleren

Wat als je alle – letterlijk: álle – facetten van een fabriek, product of werkplaats in een computer zou kunnen gooien, en vervolgens een volledig werkend 3D-model van de werkvloer tot je beschikking zou hebben om alles te testen en te optimaliseren wat je maar wilt? Dat is de kern van wat een virtual twin wordt genoemd: een virtuele kopie die alle kenmerken bevat van de fysieke werkvloer.

Kopie met alles erop en eraan

Het Franse softwarebedrijf Dassault Systèmes is inmiddels zeer bekend met deze virtuele kopieën en vervaardigde al diverse virtual twins (as-a-service) voor tal van grote bedrijven.

“We hebben virtual twins gemaakt voor ziekenhuizen, fabriekshallen, laboratoria,” somt Jan-Albert Majoor op. Majoor is directeur verkoop 3DEXPERIENCE (3DX) Enorth bij Dassault Systèmes. “Daarbij nemen we alles mee: niet alleen de machines die de processen uitvoeren, maar ook het personeel en hun werk- en onderhoudsinstructies, de ventilatiesystemen, lucht- en warmtestromen, tot aan de wifi-dekking in het pand aan toe. Gaandeweg wordt zo’n virtual twin dan door onze experts of de klant zelf onderhouden.”

Virtual twin vs. digital twin

Waar digital twins voornamelijk worden gebruikt voor realtime-monitoring, analyse, optimalisatie en predictive maintenance van fysieke systemen, zijn virtual twins bedoeld voor simulaties, visualisaties en andere virtuele ervaringen. Wil je een nieuwe onderhoudsstrategie, nieuwe werkprocessen of andere aanpassingen testen in een bestaande fabriek, dan heeft dat enorme impact op de operationele werkzaamheden. Het liefst wil je testen zonder de hele productie stil te hoeven leggen.

“Dat is het grote voordeel van een virtual twin boven een digital twin,” legt Majoor uit. “Een digital twin is een digitale kopie van een proces of fabriek vanuit actuele datapunten van de werkvloer. Een virtual twin omvat meer: het virtuele model om verdere optimalisatie van je product of productieproces te simuleren. Zo’n virtual twin ‘werkt echt’, als in: we kunnen met een computersimulatie volledig waarheidsgetrouw testen hoe aanpassingen in de processen in de praktijk uitpakken.”

Virtual twin bouwen

Om een volledig werkende virtual twin te kunnen bouwen, maakt Dassault Systèmes onder andere 3D-scans van het pand – of de panden – waar het om gaat. Vervolgens verzamelt men zoveel mogelijk relevante data: niet alleen over de condities en afmetingen van machines, maar ook over looplijnen van het personeel en bijvoorbeeld robots en AGV’s, taken die ze uitvoeren en eigenlijk alles wat in de ‘echte wereld’ meetbaar is. De virtual twin van een klant wordt op 3DX platform gemodelleerd aan de hand van 3D-data en klantdata, met als resultaat: een werkende computersimulatie die één-op-één overeenkomt met de fysieke locatie.

Arbo: gezondheid en veiligheid

Zo’n virtual twin kan vervolgens worden gebruikt voor tal van optimalisaties en verbeteringen. Bijvoorbeeld om een predictive maintenance-strategie te implementeren, inclusief het testen van te verrichten onderhoudswerkzaamheden. Vaker dan je op het eerste gezicht zou verwachten, gaat het dan vooral om Arbo-aspecten: de veiligheid en gezondheid van personeel.

“Zo bouwden we bijvoorbeeld een virtual twin voor een bandenfabrikant”, zegt Majoor. “Er was nieuwe wetgeving gekomen met regels over het maximale gewicht dat monteurs en andere medewerkers in fabrieken mochten tillen, en welke bewegingen ze wel en niet mochten uitvoeren. Met behulp van die virtual twin konden we heel gericht de processen en inrichtingen in de fabriek aanpassen aan de hand van bijvoorbeeld ergonomische simulaties. Dat kunnen we in groot detail: we kunnen in zo’n computersimulatie de tijd ‘vooruit’ spoelen, om te zien wat op lange termijn de impact van bepaalde taken is op de gezondheid van medewerkers. Zo helpt de computersimulatie om de mensen achter de processen gezond en veilig te houden.”

Onderhoud: integratie van AR

Met gerichte inzet van virtual twins kan het leven van de onderhoudsmonteurs ook een stuk eenvoudiger worden, stelt Majoor. “Als je een virtuele kopie van een machine hebt, kun je met behulp van AR bijvoorbeeld ook veel sneller nieuw personeel trainen in het onderhoud van die machine. Via onze 3DX Delmia AR-oplossing worden werknemers ter plaatse ondersteund. Dat gaat dan met realtime 3D-projecties die de juiste instructies geven om onderhoudshandelingen uit te voeren.”

Efficiëntie verhogen

Ook in de zorg zet Dassault Systèmes virtual twins in en plukken medewerkers en eindgebruikers uiteindelijk de vruchten. “Bijvoorbeeld als we een efficiëntere inrichting van een laboratorium of ziekenhuis weten te realiseren,” licht Majoor toe.

“Met een virtual twin kunnen we bijvoorbeeld een ziekenhuis zodanig herinrichten dat processen die vaak achter elkaar plaatsvinden elkaar ook veel sneller kunnen opvolgen. Patiënten kunnen bovendien een behandeling – zoals een CT-scan – al virtueel doorlopen voordat die daadwerkelijk plaatsvindt. Dan vergroot je de doorstroming en dus de capaciteit van zo’n ziekenhuis zonder dat er extra geld of personeel nodig is. In tijden van groeiende personeelstekorten is dat geen overbodige luxe.”

Nieuwbouw ‘uit de grond stampen’

Virtual twins zijn ten slotte ook zeer waardevol voor het zo efficiënt mogelijk ontwerpen van geheel nieuwe panden. “Mensen herinneren zich wellicht nog de Chinese COVID-ziekenhuizen die binnen enkele weken uit de grond werden gestampt,” memoreert Majoor. “Die waren ontworpen met behulp van onze virtual twins. Ze waren nooit zo snel operationeel geweest als men niet gebruik had gemaakt van virtual twins om het ontwerp en de bouw vóór ingebruikname te optimaliseren.”